同步与互斥：
- 同步和互斥是操作系统中多任务编程的核心概念，用于解决多个任务或进程对共享资源的访问问题
- 互斥（Mutual Exclusion） ：互斥是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排他性，互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的
- 同步（Synchronization） ：同步是指在互斥的基础上，通过其它机制实现访问者对资源的有序访问，同步关注的是进程或线程之间的协作关系，确保它们按照特定的顺序执行
- 同步和同时的区别：
- 同步：指两个或多个事物在时间或状态上保持一致或协调，它强调事物之间的协调性、一致性或相互依赖关系，通常涉及某种机制来确保不同部分之间保持相同的节奏或状态
- 同时：指在某个时间点或时间段内，多个事件或行为一起发生或进行，它侧重于时间上的并列性，即多个事件在同一时刻或几乎同一时刻发生，但不一定具有关联性或协调性
- Linux中的同步与互斥：
- Linux 系统中实现同步与互斥的主要机制包括：互斥锁（Mutex）、读写锁（Read-Write Locks）、条件变量（Condition Variables）和信号量（Semaphores）
- 互斥锁（Mutex） ：
- 用于线程之间的同步与互斥
- 互斥锁是一种基本的同步机制，用于确保在任意时刻只有一个线程可以访问共享资源
- 互斥锁通过加锁和解锁操作来保护临界区，防止多个线程同时进入临界区，从而避免数据不一致的问题
- 读写锁（Read-Write Locks）：
- 读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但在写入时，其他线程不能读取或写入，这种锁适用于读操作远多于写操作的场景，可以提高并发性能
- 只能有一个写线程访问资源，但是读线程可以多个同时访问
- 读操作：在读写锁的控制下，多个线程可以同时获得读锁，这些线程可以并发地读取共享资源，但它们的存在阻止了写锁的授予
- 写操作：如果至少有一个读操作持有读锁，写操作就无法获得写锁，写操作将会阻塞，直到所有的读锁都被释放
- 条件变量（Condition Variables）：
- 条件变量用于在多个线程之间传递信号，通常与互斥锁一起使用，它可以在某个条件成立时唤醒等待的线程
- 条件变量可以有效地管理线程之间的等待和通知机制，避免不必要的等待和提升效率
- 信号量（Semaphores）：
- 信号量通常并不是直接用来实现进程间的数据通信，而是主要用于同步和互斥，即协调进程或线程对共享资源的访问顺序，防止竞争条件发生
- 信号量本身并不传递数据，而是用于控制什么时候可以访问共享资源
互斥锁：
互斥锁：用于线程之间的同步与互斥
互斥锁是一种同步机制，用来控制对共享资源的访问，在任何时刻，最多只能有一个线程持有特定的互斥锁，如果一个线程试图获取一个已经被其他线程持有的锁，那么请求锁的线程将被阻塞，直到锁被释放
在编程中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性，每个对象都对应于一个可称为互斥锁标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象
用途：
- 保护共享数据，避免同时被多个线程访问导致的数据不一致问题
- 实现线程间的同步，确保线程之间对共享资源的访问按照预定的顺序进行
操作：
- 初始化（pthread_mutex_init）：创建互斥锁并初始化（有静态和动态两种）
- 锁定（pthread_mutex_lock）：获取互斥锁。如果锁已经被其他线程持有，调用线程将阻塞
- 尝试锁定（pthread_mutex_trylock）：尝试获取互斥锁。如果锁已被持有，立即返回而不是阻塞
- 解锁（pthread_mutex_unlock）：释放互斥锁，使其可被其他线程获取
- 销毁（pthread_mutex_destroy）：清理互斥锁资源
图解：
信号量：
- 信号量（Semaphore）是一种广泛使用的同步机制，用于控制对共享资源的访问，主要在操作系统和并发编程领域中得到应用
- 信号量（Semaphore），有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用
- 过程：在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量，其它想进入该关键代码段的线程必须等待第一个线程释放信号量
- 简单说：信号量不是阻止并发 / 并行，而是让它们 “有序并发 / 并行”
- System V: 二值信号量、计数信号量
- POSIX：未命名信号量、命名信号量
- 目的分类：（System V）
- 二进制信号量（或称作互斥锁）：其值只能是0或1，主要用于实现互斥，即一次只允许一个线程进入临界区，通常用于控制共享资源的访问，避免竞态条件的产生
- 计数信号量：其值可以是任意非负整数，表示可用资源的数量，计数信号量允许多个线程根据可用资源的数量进入临界区，通常用于控制不同进程或线程执行的顺序，如消费者必须在生产者发送数据后才可以消费
- System V：这种类型的信号量在设计上更为复杂，适合于进程间的同步，很少很少用于线程间的同步
- 名称分类：（POSIX）
- 无名信号量：无名信号量不是通过名称标识，而是直接通过 sem_t 结构的内存位置标识，无名信号量在使用前需要初始化，在不再需要时应该销毁，它们不需要像有名信号量那样进行创建和链接，因此设置起来更快，运行效率也更高
- 有名信号量：有名信号量在系统范围内是可见的，可以在任意进程之间进行通信，它们通过名字唯一标识，这使得不同的进程可以通过这个名字访问同一个信号量对象
- POSIX：可以在进程间或线程间使用，进一步分为命名信号量和未命名信号量，命名信号量可以用于不同进程间的同步，未命名信号量则适合线程间的同步。相比于 System V 信号量， POSIX 信号量的接口更简单易用，如果你是在一个现代系统上开发，特别是涉及线程或需要跨平台的兼容性， POSIX 信号量是首选，它简单、灵活，适用于大多数进程和线程同步的场景
- 无名信号量和有名信号量都可以用作二进制信号量和计数信号量
- 信号量的 PV 操作：
- P操作（Proberen，尝试）：也称为等待操作（wait），用于减少信号量的值。如果信号量的值大于0，它就减1并继续执行；如果信号量的值为0，则进程或线程阻塞，直到信号量的值变为非零
- V操作（Verhogen，增加）：也称为信号操作（signal），用于增加信号量的值。如果有其他进程或线程因信号量的值为0而阻塞，这个操作可能会唤醒它们